[go: up one dir, main page]

RU2760823C1 - Experimental marine modular complex - Google Patents

Experimental marine modular complex Download PDF

Info

Publication number
RU2760823C1
RU2760823C1 RU2021113140A RU2021113140A RU2760823C1 RU 2760823 C1 RU2760823 C1 RU 2760823C1 RU 2021113140 A RU2021113140 A RU 2021113140A RU 2021113140 A RU2021113140 A RU 2021113140A RU 2760823 C1 RU2760823 C1 RU 2760823C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vessel
coastal
module
control
ship
Prior art date
Application number
RU2021113140A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ярослав Васильевич Бурылин
Алексей Иванович Кондратьев
Анатолий Николаевич Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова"
Priority to RU2021113140A priority Critical patent/RU2760823C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760823C1 publication Critical patent/RU2760823C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B79/00Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: shipping industry.
SUBSTANCE: invention relates to automatic means of controlling vessels, as well as to solutions for monitoring indicators or operational parameters of vessels during operation, in particular for controlling the operation of vessels, for example, for monitoring their speed, course using models or simulation, for example statistical or stochastic models, and can be used in experiments on the introduction of technologies for unmanned (autonomous) navigation, including in real life. The technical objective of the invention is to simplify and reduce the cost of studying the problems of identification and management of vessels with coastal remote control support. The auto pilot located on the shore module generates control actions on the controls of a small-sized experimental vessel based on data processed using a computer of higher performance compared to the microcontroller installed on board the vessel, which ensures accuracy, reliability and speed of automatic control of the vessel along the trajectory.
EFFECT: placement of the auto pilot as part of the shore module provides the faster formation of more accurate control actions on the control facilities of a small-sized experimental vessel.
1 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к техническим средствам дистанционного и автономного управления судами, а также к решениям по мониторингу показателей или эксплуатационных параметров судов во время работы, в частности для контролирования работы судов, например для мониторинга их скорости, курса с использованием моделей или симуляции, например статистических или стохастических моделей, и может быть использовано при проведении опытов по внедрению технологий безэкипажного судоходства.The invention relates to technical means for remote and autonomous control of ships, as well as solutions for monitoring indicators or operational parameters of ships during operation, in particular for monitoring the operation of ships, for example, for monitoring their speed, course using models or simulation, such as statistical or stochastic models, and can be used in experiments on the introduction of technologies for unmanned navigation.

В области судовождения исследование проблем идентификации и управления судами сопряжено с обширным объемом данных, получаемых в результате комплекса маневров таких, например, как «зигзаг», «спираль» и т.д., который, зачастую, оказывается недоступен для исследователя ввиду дороговизны эксплуатации судна и неготовности судовладельца или фрахтователя предоставлять судно для научных исследований. Такие исследования целесообразно проводить на малогабаритных дистанционно управляемых морских подвижных объектах. Отсюда возникает необходимость создания малогабаритных судов-тренажеров с соблюдением масштабных коэффициентов производственного судна и его основных динамических и кинематических параметров для дальнейших исследований алгоритмов идентификации и управления, с береговым обеспечением дистанционного управления.In the field of navigation, the study of the problems of identification and control of ships is associated with an extensive amount of data obtained as a result of a complex of maneuvers, such as "zigzag", "spiral", etc., which often turns out to be inaccessible to the researcher due to the high cost of operating the vessel. and the unwillingness of the ship owner or charterer to provide the vessel for scientific research. It is advisable to carry out such studies on small-sized remotely controlled marine mobile objects. Hence, it becomes necessary to create small-sized simulator vessels in compliance with the scale factors of the production vessel and its main dynamic and kinematic parameters for further research of identification and control algorithms, with coastal remote control support.

Известна по патенту РФ №153610 на полезную модель «Исследовательская модель судна», МПК В63В 9/02, G01M 10/00, опубл. 27.07.2015. Исследовательская модель предназначена для исследования параметров и характеристик судов. Техническим результатом этого решения является исключение трудно учитываемого влияния эластичной обшивки, изолирующей подвижные части модели от воды, на точность измерений параметров модели при исследованиях и тем самым повышается точность измерений. Технический результат достигается тем, что в разработанном решении используются отдельные плавучие отсеки, соединенные между собой упругими элементами. Данная модель решает частную задачу - исключение трудно учитываемого влияния эластичной обшивки.Known by RF patent No. 153610 for a useful model "Research model of a vessel", IPC В63В 9/02, G01M 10/00, publ. 07/27/2015. The research model is designed to investigate the parameters and characteristics of ships. The technical result of this solution is the elimination of the difficult to take into account the effect of elastic casing, which isolates the moving parts of the model from water, on the accuracy of measurements of the parameters of the model during research, and thereby increases the accuracy of measurements. The technical result is achieved by the fact that the developed solution uses separate floating compartments, interconnected by elastic elements. This model solves a particular problem - the elimination of the difficult to take into account the influence of elastic sheathing.

Известно по патенту РФ на полезную модель №153109, МПК В63В 38/00, опубл. 10.07.2015, «Научно-исследовательское судно с бортовым центром управления научными исследованиями». Это судно включает бортовой и береговой центры управления и является, по сути, комплексом, обеспечивающим автоматизированный сбор, обработку и отображения научной информации, информацией между судами, береговыми научными институтами, центрами мониторинга и ситуационным центром, однако, не предназначено для решения задачи заявляемой полезной модели.It is known from the RF patent for utility model No. 153109, IPC В63В 38/00, publ. 10.07.2015, "Research vessel with an onboard research control center." This vessel includes onboard and coastal control centers and is, in fact, a complex that provides automated collection, processing and display of scientific information, information between ships, coastal scientific institutes, monitoring centers and a situational center, however, it is not intended to solve the problem of the claimed utility model ...

Известен по патенту РФ на полезную модель №188836 «Безэкипажный управляемый катер», МПК B63G 7/00, В63В 21/24, опубл. 24.04.2019. Это решение относится к области судостроения, а именно, к беспилотным плавсредствам, предназначенным преимущественно для выполнения поисковых и исследовательских задач. Технический результат от использования данной полезной модели заключается в возможности экстренной постановки судна на якорь при отключении электропитания. Безэкипажный управляемый катер выполнен в виде корпуса с дизель-электрическим комплексом, системой дистанционного управления, наблюдения, сбора и хранения информации. Данная модель решает частную задачу - экстренная постановка судна на якорь при отключении электропитания.Known for the RF patent for utility model No. 188836 "Unmanned guided boat", IPC B63G 7/00, B63V 21/24, publ. 04.24.2019. This solution relates to the field of shipbuilding, namely, to unmanned floating craft, intended primarily for performing search and research tasks. The technical result from the use of this utility model lies in the possibility of an emergency anchoring of the vessel when the power supply is cut off. The unmanned guided boat is made in the form of a hull with a diesel-electric complex, a remote control system, observation, collection and storage of information. This model solves a particular problem - emergency anchoring when the power supply is cut off.

Известна по патенту РФ на полезную модель №172135, МПК G09B 9/06, опубл. 29.06.2017 «Система имитационного моделирования управления поисково-спасательными операциями с использованием морских роботизированных технологических комплексов». Полезная модель относится к информационным системам моделирования и может быть использована для исследования управления поисково-спасательными операциями с использованием морских роботизированных технологических комплексов.Known for the RF patent for utility model No. 172135, IPC G09B 9/06, publ. 06/29/2017 "Simulation system for the management of search and rescue operations using marine robotic technological systems." The utility model relates to information modeling systems and can be used to study the management of search and rescue operations using marine robotic technological systems.

Известна по патенту РФ на полезную модель №181258, МПК G06F 15/18, опубл. 06.07.2018 «Экспертная система поддержки принятия решений по управлению морским роботизированным технологическим комплексом». Эта система может быть использована для принятия решений по управлению морским роботизированным технологическим комплексом. Устройство включает подсистемы управления, обмена с источниками данных, обработки и анализа, отображения информации, банк данных, подсистему обмена данными. Эта система, как и предыдущая, позволяют решать многие задачи, в том числе и по преодолению нештатных ситуаций, однако не предназначены для обеспечения автоматической проводки надводных объектов.Known for the RF patent for utility model No. 181258, IPC G06F 15/18, publ. 07/06/2018 "Expert decision support system for the management of a marine robotic technological complex." This system can be used to make decisions on the management of a marine robotic technological complex. The device includes control subsystems, exchange with data sources, processing and analysis, information display, data bank, data exchange subsystem. This system, like the previous one, allows you to solve many problems, including overcoming emergency situations, but is not designed to provide automatic guidance of surface objects.

Известен по патенту РФ на полезную модель №108667, МПК G06F 17/00, опубл. 20.09.2011 «Аппаратно-программный комплекс для обеспечения выдачи рекомендаций судоводителям и операторам систем управления движением судов для минимизации ущерба при неизбежности столкновения объектов морской деятельности». Этот комплекс включает соединенные средствами связи устройство ввода-вывода, устройство хранения данных, устройство обработки данных и устройство визуализации.Known for the RF patent for utility model No. 108667, IPC G06F 17/00, publ. 09/20/2011 "Hardware and software complex to ensure the issuance of recommendations to skippers and operators of ship traffic control systems to minimize damage in case of inevitable collision of objects of maritime activities." This complex includes an input-output device, a data storage device, a data processing device and a visualization device connected by means of communication.

Отличается тем, что устройство обработки данных содержит соединенные средствами связи устройство синтеза виртуального состояния объекта морской деятельности и устройство выбора оптимального варианта решения. Комплекс прогнозирует возможность столкновения судов, но не предназначен для точной проводки судна.It differs in that the data processing device contains, connected by means of communication, a device for synthesizing the virtual state of an object of marine activity and a device for selecting the optimal solution. The complex predicts the possibility of collision of ships, but is not intended for accurate pilotage of the ship.

Известна по патенту РФ на изобретение №2741669, МПК В63Н 25/04, опубл. 28.01.2021.Known for the RF patent for invention No. 2741669, IPC B63N 25/04, publ. 28.01.2021.

«Система координированного управления движением судна в режимах автоматического и дистанционного управления». Система координированного управления движением судна в режимах автоматического и дистанционного управления содержит блок адаптации управления и стабилизации на малых ходах, блок управления и стабилизации на малых ходах, блок адаптации управления и стабилизации на скорости хода более четырех узлов, блок управления и стабилизации на скорости хода более четырех узлов, блок обработки навигационной информации, блок моделирования движения судна на малых ходах, блок моделирования движения судна на скорости хода более четырех узлов, блок контроля и управления, блок измерителей параметров движения, блок объектов управления, автономную навигационную систему, обзорно-поисковую систему и береговой пост, соединенные определенным образом. Обеспечивается расширение функциональных возможностей координированного управления движением судна во всем диапазоне его скоростей. Система сложна для проведения опытов по управлению судном."The system of coordinated control of the movement of the vessel in the modes of automatic and remote control." The system for coordinated control of the ship's movement in automatic and remote control modes contains a control adaptation and stabilization unit at low speeds, a control and stabilization unit at low speeds, a control and stabilization adaptation unit at a speed of more than four knots, a control and stabilization unit at a speed of more than four nodes, a block for processing navigation information, a block for simulating the movement of a vessel at low speeds, a block for simulating the movement of a vessel at a speed of more than four knots, a control and management unit, a block for measuring parameters of movement, a block of control objects, an autonomous navigation system, a survey-search system and a coastal post connected in a certain way. Expansion of the functionality of the coordinated control of the movement of the vessel in the entire range of its speeds is provided. The system is complex for conducting experiments on ship control.

В качестве прототипа принят патент РФ на полезную модель №198953, МПК В63В 39/00, опубл. 04.08.2020 «Устройство определения параметров движения судна». Данная полезная модель относится к судостроению, а именно, к экспериментальным средствам определения параметров движения судов в различных метеорологических условиях, и может быть использована при маневренных и ходовых испытаниях надводных судов, в том числе, безэкипажных и автономных. Предлагаемая полезная модель решает проблему повышения точности определения параметров движения судна при проведении ходовых и маневренных испытаний путем учета и регистрации влияния метеорологических факторов. Устройство содержит антенный модуль, соединенный с мультиантенной приемной аппаратурой спутниковых навигационных систем, инерциальный измерительный модуль, первый вход которого соединен с выходом мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем, второй вход - с выходом управляющего компьютера, а выход - с регистрирующей аппаратурой. Дополнительно в состав устройства включена метеостанция, соединенная с третьим входом инерциального измерительного модуля. Эта полезная модель решает задачу определения параметров движения судна в различных метеорологических условиях. Недостаток этого устройства обусловлен сложной конструкцией.As a prototype, the RF patent for a useful model No. 198953, IPC В63В 39/00, publ. 08/04/2020 "Device for determining the parameters of the movement of the vessel." This useful model relates to shipbuilding, namely, to experimental means for determining the parameters of the movement of ships in various meteorological conditions, and can be used for maneuvering and sea trials of surface ships, including unmanned and autonomous ones. The proposed utility model solves the problem of increasing the accuracy of determining the parameters of the ship's movement during sea and maneuvering tests by taking into account and registering the influence of meteorological factors. The device contains an antenna module connected to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, an inertial measuring module, the first input of which is connected to the output of the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, the second input to the output of the control computer, and the output to the recording equipment. Additionally, the device includes a meteorological station connected to the third input of the inertial measuring module. This useful model solves the problem of determining the parameters of the ship's movement in various meteorological conditions. The disadvantage of this device is due to its complex design.

Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление исследования проблем идентификации и управления судами с береговым обеспечением дистанционного управления.The technical objective of the invention is to simplify and reduce the cost of researching the problems of identification and control of ships with shore-based remote control.

Для достижения поставленной технической задачи предлагается опытовый морской модульный комплекс, включающий надводный подвижный модуль и береговой модуль, в котором подвижный модуль выполнен в виде малогабаритного опытового судна, с размещенными на борту двигателем, батарей для двигателя и электронного оборудования, сервопривод пера руля, системой сбора кинематической и навигационной информации по судну и устройством связи, а береговой модуль содержит систему индикации и дистанционного управления на базе компьютера, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что система индикации и дистанционного управления, содержащаяся в составе берегового модуля, включает блоки сбора, хранения, фильтрации и анализа данных, береговое устройство связи, графический интерфейс, блок построения и идентификации математической модели движения судна, блок задания траектории движения и блок ручного управления с программным обеспечением, разработанным на платформе MATLAB, блок фильтрации данных, блок корректуры компаса и GPS, при этом, в состав системы индикации и дистанционного управления входит авторулевой и формирование управляющих воздействий авторулевым производится на береговом модуле, а размещенная на борту малогабаритного опытового судна система сбора кинематической и навигационной информации содержит микроконтроллер Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), морское устройство связи, комплекс датчиков: гироскопический датчик и акселерометр, датчик магнитного поля Земли, датчик GPS, датчик оборотов вала движителя, при этом надводный подвижный модуль и береговой модуль взаимодействуют посредством соответствующих устройств связи, а устройства связи берегового и подвижного модулей выполнены с возможностью использования частот Wi-Fi для обмена данными по протоколу TCP-IP. Кроме того, опытовый морской модульный комплекс ОТЛИЧАЕТСЯ тем, что управление программными платформами, расположенными на надводном подвижном и береговом модулях, осуществляется путем Программного комплекса «Интерфейс индикации и управления морским автономным подвижным объектом с одним или двумя движительно-рулевыми комплексами», зарегистрированного в ФИПСе, №2021612609 RU от 19.02.2021 г. Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» (RU), авторы Бурылин Я.В., Кондратьев А.И., Попов А.Н. Опытовый морской модульный комплекс ОТЛИЧАЕТСЯ тем, что малогабаритное опытовое судно имеет длину 1,2 м, ширину 0,2 м, высоту борта 0,1 м, осадку 0,04 м.To achieve the set technical task, an experimental marine modular complex is proposed, which includes a surface mobile module and a coastal module, in which the mobile module is made in the form of a small-sized experimental vessel, with an onboard engine, batteries for the engine and electronic equipment, a rudder blade servo, a kinematic collection system. and navigation information on the vessel and communication device, and the coastal module contains a computer-based display and remote control system, DIFFERENT in that the display and remote control system contained in the coastal module includes data collection, storage, filtration and analysis units, coastal a communication device, a graphical interface, a block for constructing and identifying a mathematical model of the ship's movement, a block for setting the trajectory of movement and a manual control block with software developed on the MATLAB platform, a data filtering block, a compass and GPS correction block, while , the display and remote control system includes an autopilot and the formation of control actions by the autopilot is performed on the coastal module, and the kinematic and navigation information collection system located on board a small-sized experimental vessel contains an Arduino microcontroller with software developed on the Arduino platform (C ++), a marine communication device, a complex of sensors: a gyroscopic sensor and an accelerometer, an Earth magnetic field sensor, a GPS sensor, a propeller shaft speed sensor, while the surface mobile module and the coastal module interact through appropriate communication devices, and the communication devices of the coastal and mobile modules are made with the possibility of using Wi-Fi frequencies for data exchange via TCP-IP protocol. In addition, the experimental marine modular complex is DIFFERENT in that the control of software platforms located on the surface mobile and coastal modules is carried out by means of the software package "Interface for indication and control of a marine autonomous mobile object with one or two propulsion and steering complexes", registered in FIPS, No. 2021612609 RU dated 02.19.2021 Copyright holder: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "State Maritime University named after Admiral F.F. Ushakova "(RU), authors Burylin Ya.V., Kondratyev A.I., Popov A.N. The pilot marine modular complex is DIFFERENT in that the small-sized experimental vessel has a length of 1.2 m, a width of 0.2 m, a side height of 0.1 m, and a draft of 0.04 m.

Технический результат заключается в том, что расположенный на береговом модуле авторулевой вырабатывает управляющие воздействия на средства управления малогабаритного опытового судна на основании данных, обработанных с использованием компьютера высокой, по сравнению с микроконтроллером, установленном на борту судна, мощности, что обеспечивает точность, надежность и быстроту автоматического управления судном по траектории.The technical result consists in the fact that the autopilot located on the coastal module generates control actions on the control means of a small-sized experimental vessel based on data processed using a computer of high power, compared to the microcontroller installed on board the vessel, which ensures accuracy, reliability and speed automatic control of the ship along the trajectory.

Технический результат достигается использованием совокупности как ограничительных, так и отличительных признаков предложенного комплекса, архитектуры построения протоколов интерфейса и алгоритмов действия комплекса.The technical result is achieved by using a set of both restrictive and distinctive features of the proposed complex, architecture for constructing interface protocols and algorithms for the operation of the complex.

Протокол построен так, что производится передача кинематических и навигационных данных по судну на береговой модуль, управляющие сигналы с берегового на подвижный. Интерфейс содержит алгоритм фильтрации кинематических данных и ПИД - регулятор, вырабатывающий управляющие воздействия на судно.The protocol is designed in such a way that the transfer of kinematic and navigation data on the vessel to the coastal module, control signals from the coastal to the mobile one. The interface contains an algorithm for filtering kinematic data and a PID - a controller that generates control actions on the ship.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

Конструктивное решение опытового комплекса в виде надводного и берегового модулей расширяет его функциональные и исследовательские возможности.The design solution of the experimental complex in the form of surface and coastal modules expands its functional and research capabilities.

Создание малогабаритного опытового судна с интерфейсом позволяет собирать, обрабатывать, анализировать кинематическую и навигационную информацию по судну и использовать полученные данные для автоматического управления судном по траектории и ручного управления судном, строить математические модели движения судна.Creation of a small-sized experimental vessel with an interface allows collecting, processing, analyzing kinematic and navigational information on the vessel and using the obtained data for automatic control of the vessel along the trajectory and manual control of the vessel, building mathematical models of the vessel's movement.

Размещение авторулевого в составе системы индикации и дистанционного управления на береговом модуле обеспечивает формирование управляющих воздействий на средства управления малогабаритного опытового судна на основании данных, обработанных с использованием компьютера высокой, по сравнению с микроконтроллером, установленном на борту судна, мощности, что обеспечивает точность, надежность и быстроту автоматического управления судном по траектории.The placement of the autopilot as part of the display and remote control system on the coastal module ensures the formation of control actions on the controls of a small-sized experimental vessel based on data processed using a computer of high power compared to the microcontroller installed on board the vessel, which ensures accuracy, reliability and the speed of automatic control of the vessel along the trajectory.

Система сбора кинематической и навигационной информации, содержащая микроконтроллер Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), обеспечивает работу датчиков: GPS, гироакселерометра, магнитного поля Земли, частоты вращения вала двигателя; одного или двух двигателей, одного или двух сервоприводов баллера руля, модуля Wi-Fi.A system for collecting kinematic and navigational information, containing an Arduino microcontroller with software developed on the Arduino platform (C ++), ensures the operation of sensors: GPS, gyroaccelerometer, Earth's magnetic field, engine speed; one or two motors, one or two rudder stock servos, Wi-Fi module.

Использование блока Wi-Fi дает возможность использовать разнообразные мобильные устройства без дополнительных затрат на комплектацию берегового модуля устройствами связи; позволяет использовать защищенный протокол передачи данных.Using the Wi-Fi unit makes it possible to use a variety of mobile devices without additional costs for completing the coastal module with communication devices; allows the use of a secure data transfer protocol.

Опытовый морской модульный комплекс позволяет:The pilot marine modular complex allows:

- отрабатывать принципы построения математических моделей судна на основе движения реального морского подвижного объекта, не задействуя при этом грузовые или пассажирские суда существенно сокращая стоимость научных исследований;- to work out the principles of constructing mathematical models of a ship based on the movement of a real marine moving object, without using cargo or passenger ships, significantly reducing the cost of scientific research;

- производить подготовку дистанционных операторов судна для целей е-навигации;- to train remote vessel operators for e-navigation purposes;

- производить синтез, отладку и тестирование автоматических систем управления морскими судами;- to synthesize, debug and test automatic control systems for sea vessels;

- сократить расходы на микроконтроллер подвижного блока за счет того, что обработка информации и работа авторулевого производится мощностями берегового модуля, благодаря чему точность, скорость и надежность вычислений управляющих воздействий возрастает;- to reduce the costs of the microcontroller of the mobile unit due to the fact that the information processing and the autopilot operation are performed by the coastal module's capacities, due to which the accuracy, speed and reliability of control actions calculations increases;

- подключение посредством протоколов TCP-IP является защищенным и может давать гарантию предотвращения перехвата или помех управления от посторонних радиосигналов.- connection via TCP-IP protocols is secure and can guarantee the prevention of interception or interference of control from extraneous radio signals.

Выполнение малогабаритного опытового судна с длиной 1,2 м, шириной 0,2 м, высотой борта 0,1 м и осадкой 0,04 м обеспечивает максимальное достижение технического результата.The implementation of a small-sized experimental vessel with a length of 1.2 m, a width of 0.2 m, a side height of 0.1 m and a draft of 0.04 m ensures the maximum achievement of the technical result.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:The essence of the invention is illustrated by graphic materials, which depict:

Фиг. 1 - Состав ОММК.FIG. 1 - Composition of OMMC.

Фиг. 2 - Маневр удержания судна на траектории.FIG. 2 - Maneuver of keeping the vessel on the trajectory.

Фиг. 3 - Первая страница интерфейса.FIG. 3 - The first page of the interface.

Фиг. 4 - Вторая страница интерфейса.FIG. 4 - The second page of the interface.

Фиг. 5 - Третья страница интерфейса.FIG. 5 - The third page of the interface.

Предложенный опытовый морской модульный комплекс (ОММК) построен следующим образом.The proposed experimental marine modular complex (OMMK) is built as follows.

Принципиальная схема построения малогабаритного опытового судна представлена на фиг. 1.A schematic diagram of the construction of a small-sized experimental vessel is shown in Fig. one.

Береговой модуль содержит блок сбора и хранения данных 1, устройство связи 2 Wi-Fi, компьютер с установленным интерфейсом индикации 3 и управления подвижным модулем, блок идентификации математической модели движения судна 4, блоки задания и ввода траектории движения судна 5 и органов ручного управления движением судна 6, блок фильтрации кинематических данных по судну 7, блок ввода корректуры в показания магнитного компаса и GPS 8 графических и цифровых табло, авторулевой 9.The coastal module contains a data collection and storage unit 1, a Wi-Fi communication device 2, a computer with an installed display interface 3 and control of the mobile module, a unit for identifying a mathematical model of the ship's movement 4, blocks for setting and entering the trajectory of the ship's movement 5 and manual controls for the movement of the ship 6, a block for filtering kinematic data on the vessel 7, a block for entering corrections into the readings of a magnetic compass and GPS 8 graphic and digital displays, autopilot 9.

Надводный модуль включает малогабаритное опытовое судно, на борту которого размещены микроконтроллер 10 Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), устройство связи 11, комплекс датчиков: гироскопический датчик с акселерометром 12, датчик магнитного поля Земли 13, датчик GPS 14, датчик оборотов вала движителя 15. На борту судна размещены двигатель 16, батареи 17 для двигателя и электронного оборудования, сервопривод пера руля 18.The surface module includes a small-sized experimental vessel, on board of which there is an Arduino microcontroller 10 with software developed on the Arduino platform (C ++), a communication device 11, a set of sensors: a gyroscopic sensor with an accelerometer 12, an Earth magnetic field sensor 13, a GPS sensor 14 , the propeller shaft speed sensor 15. The engine 16, the batteries 17 for the engine and electronic equipment, the rudder feather servo 18 are located on board the vessel.

Предложенный ОММК работает следующим образом.The proposed OMMK works as follows.

После подачи питания на системы 10-18 подвижного модуля начинается опрос датчиков и сбор кинематической информации по судну, навигационная информация, предоставляемая датчиком GPS 14, становится доступна через несколько минут, после определения места судна. Устройство связи 11 подвижного модуля создает точку доступа Wi-Fi с функциями сервера защищенного подключения с логином и паролем для входа.After power is supplied to the systems 10-18 of the mobile module, the interrogation of the sensors and the collection of kinematic information on the vessel begins, the navigation information provided by the GPS sensor 14 becomes available a few minutes after the position of the vessel is determined. The communication device 11 of the mobile module creates a Wi-Fi access point with the functions of a secure connection server with a login and password for entering.

После подключения берегового модуля через интерфейс оператора посредством протоколов TCP-IP к серверу в качестве клиента начинается обмен данными между береговым и подвижным модулями. На графических и цифровых табло интерфейса 3 берегового модуля отображаются преобразованные полученные с подвижного модуля доступные кинематические и навигационные параметры по судну, активируется панель ручного управления судном 26, 27.After connecting the coastal module via the operator interface via TCP-IP protocols to the server as a client, the exchange of data between the coastal and mobile modules begins. On the graphic and digital panels of the interface 3 of the coastal module, the converted available kinematic and navigation parameters for the vessel obtained from the mobile module are displayed, the manual control panel of the vessel 26, 27 is activated.

Оператор может совершить циркуляцию в ручном режиме для построения девиационной картины на табло 38 и на ее основании скорректировать погрешность от влияния магнитного склонения на датчик магнитного поля Земли используя поле ввода 37. Оператор может включить тумблером 22 сбор всей доступной информации для ее дальнейшего анализа, в том числе построения математических моделей движения судна. Оператор может синхронизировать данные гироскопического датчика 12 с магнитным 13 или GPS 14 для получения гирокомпасного курса из угла рысканья судна.The operator can make a circulation in manual mode to build a deviation picture on the display 38 and, on its basis, correct the error from the influence of magnetic declination on the Earth's magnetic field sensor using input field 37. The operator can turn on the toggle switch 22 to collect all available information for its further analysis, including the number of construction of mathematical models of the movement of the ship. The operator can synchronize the data of the gyro sensor 12 with the magnetic 13 or GPS 14 to obtain the gyrocompass heading from the yaw angle of the vessel.

После задания траектории автоматического движения через поле 29 и переключения тумблера 21 автопилота в автоматический режим проводки судна авторулевой 9 начинает вырабатывать управляющие воздействия на судно в виде угла перекладки пера руля и частоты вращения вала винта в зависимости от кинематических и навигационных данных по судну, а именно его продольной и угловой скоростей, курса, положения относительно заданной траектории движения и заданных коэффициентов ПИД-регулятора. Данные по управляющим воздействиям передаются на подвижный модуль и преобразуются контроллером в электрические сигналы на сервопривод 18 пера руля и электродвигатель 16, соединенный валом с винтом.After setting the trajectory of automatic movement through the field 29 and switching the toggle switch 21 of the autopilot to the automatic mode of navigating the vessel, the autopilot 9 begins to generate control actions on the vessel in the form of the rudder blade shift angle and the rotor shaft speed depending on the kinematic and navigation data on the vessel, namely longitudinal and angular velocities, course, position relative to the given trajectory of movement and the given coefficients of the PID controller. The data on the control actions is transmitted to the mobile unit and converted by the controller into electrical signals to the rudder pen servo 18 and the electric motor 16 connected by the shaft to the propeller.

Судно начинает маневрировать согласно заданной траектории. Оператор видит на табло 28 как движется судно относительно заданной траектории, видит характер автоматического управления и может настраивать регулятор посредством ввода коэффициентов в режиме реального времени через поле 39. Выйдя на заданное расстояние до конечной точки траектории судно останавливается, ожидая дальнейших действий оператора.The vessel begins to maneuver according to the specified trajectory. The operator sees on the display board 28 how the ship is moving relative to a given trajectory, sees the nature of automatic control and can adjust the regulator by entering coefficients in real time through field 39. Having reached a predetermined distance to the end point of the trajectory, the ship stops, waiting for further operator actions.

На фиг. 2 показана автоматическая проводка судна под управлением авторулевого 6 по заданной траектории от точки 1 до точки 2. Как видно из фиг. 2, предложенный регулятор успешно справился с заданной траекторией, несмотря на существенные (до 108 градусов) углы поворота. Наблюдаются незначительные несистематические перерегулирования и запаздывание маневра, что свидетельствует о локальных возмущениях водной среды в точках поворота, которые не учитываются регулятором. Есть необходимость в дальнейших экспериментах для настройки коэффициентов регулятора, адаптации фильтрации скользящим средним в зависимости от характера движения, оснащения судна подруливающим устройством для динамического удержания позиции при достижении конечной или промежуточной точки траектории, уточнения математической модели движения судна.FIG. 2 shows the automatic pilotage of the vessel under the control of the autopilot 6 along a predetermined trajectory from point 1 to point 2. As can be seen from FIG. 2, the proposed regulator successfully coped with the given trajectory, despite significant (up to 108 degrees) rotation angles. Insignificant unsystematic overshoots and a maneuver lag are observed, which indicates local disturbances of the water environment at the turning points, which are not taken into account by the regulator. There is a need for further experiments to adjust the regulator coefficients, adapt the filtering with a moving average depending on the nature of the movement, equip the ship with a bow thruster to dynamically hold the position when reaching the end or intermediate point of the trajectory, and refine the mathematical model of the ship's movement.

На фиг. 3-5 представлено графическое отображение предлагаемого интерфейса, способного запускаться автономно от среды MATLAB в операционной системе Windows. На фигурах произведена сквозная нумерация выносками ключевых панелей управления и индикации, описание каждой из которых представлено ниже.FIG. 3-5 presents a graphical display of the proposed interface, which can run independently of the MATLAB environment in the Windows operating system. The figures are continuously numbered by the callouts of the key control and display panels, a description of each of which is presented below.

Панель закладок интерфейса 19 содержит три закладки: «Conning», «Plots», «Advanced». В закладке «Conning» находятся органы управления и индикации движением судна. В закладке «Plots» находится поле отображения графиков изменения всех доступных для измерения кинематических параметров судна. В закладке «Advanced» находятся органы управления расширенными настройками интерфейса и авторулевого.The interface tabs panel 19 contains three tabs: “Conning”, “Plots”, “Advanced”. In the "Conning" tab there are controls and indication of the vessel's movement. In the “Plots” tab there is a field for displaying the graphs of changes in all kinematic parameters of the vessel available for measurement. The Advanced tab contains controls for advanced interface and autopilot settings.

Тумблер 20 активации подключения платформы, на которой установлен интерфейс к судну через протокол TCP-IP. При успешном подключении индикатор меняет цвет на зеленый.The toggle switch 20 activates the connection of the platform on which the interface to the vessel is installed via the TCP-IP protocol. Upon successful connection, the indicator turns green.

Тумблер 21 переключения режимов управления с ручного на автоматическое и обратно. При включенном режиме «Autopilot» индикатор меняет цвет на зеленый.Toggle switch 21 for switching control modes from manual to automatic and vice versa. When the "Autopilot" mode is on, the indicator turns green.

Тумблер 22 включения и отключения записи всех доступных для измерения данных по судну, интерфейсу и авторулевому. При включенном режиме «Data Rec» индикатор меняет цвет на зеленый.Toggle switch 22 enables and disables the recording of all measurable data on the vessel, interface and autopilot. When the Data Rec mode is on, the indicator turns green.

Тумблер 23 включающий и отключающий синхронное управление движительнорулевыми комплексами (ДРК) судна, при наличии более одного такого комплекса. При включенном режиме «Conn Sync» индикатор меняет цвет на зеленый.Toggle switch 23 turns on and off the synchronous control of the propulsion and steering complexes (DRC) of the vessel, if there is more than one such complex. When the "Conn Sync" mode is on, the indicator turns green.

Панель 24 индикации основных кинематических параметров судна:Panel 24 for displaying the main kinematic parameters of the vessel:

- RPM-P - количество оборотов в минуту левого или единственного вала двигателя;- RPM-P - the number of revolutions per minute of the left or single shaft of the engine;

RPM-S - количество оборотов в минуту правого вала двигателя;RPM-S - the number of revolutions per minute of the right shaft of the engine;

- RUDD_P - положение левого или единственного пера руля в градусах;- RUDD_P — position of the left or single rudder blade in degrees;

- RUDD_S - положение правого пера руля в градусах;- RUDD_S - position of the right rudder blade in degrees;

- ROT - угловая скорость судна в градусах в минуту;- ROT is the angular speed of the vessel in degrees per minute;

- МС - значение магнитного курса в градусах;- MS - the value of the magnetic heading in degrees;

- SOG - значение скорости относительно грунта в м/с;- SOG - value of speed relative to the ground in m / s;

- COG - значение истинного курса в градусах;- COG - true heading value in degrees;

- GYRO - значение гирокомпасного курса в градусах.- GYRO - gyrocompass heading value in degrees.

Графическое поле 28 отображения вектора скорости судна, заданной и исполняемой траекторий движения судна. Выпадающий список для значений «Duration» позволяет менять количество отображаемых точек исполняемой траектории в зависимости от времени. Может принимать значения: 10, 50, 100 секунд. Выпадающий список для значений «Vector Length» позволяет менять длину отображаемого вектора судна в зависимости от времени. Может принимать значения, соответствующие расстоянию, которое пройдет судно за: 6, 12, 30, 60 секунд.Graphic field 28 displaying the vector of the ship's speed, set and executed trajectories of the ship. The drop-down list for the "Duration" values allows you to change the number of displayed points of the executed trajectory depending on the time. Can take values: 10, 50, 100 seconds. The drop-down list for the "Vector Length" values allows you to change the length of the displayed vessel vector depending on time. It can take on values corresponding to the distance that the ship will travel in: 6, 12, 30, 60 seconds.

Панель 26 ручного управления левым или единственным ДРК судна. Включает поворотный регулятор «knob» с диапазоном хода от -35 до 35 градусов для управления положением пера руля. Поворотный тумблер «discrete knob)) со значениями: FAS, HAS, SAS, STOP, SAH, HAH, FAH, соответствующих режимам работы двигателя судна соответственно: полный задний ход, средний задний ход, малый задний ход, стоп, полный передний ход, средний передний ход, малый передний ход. В случае несоответствия задаваемого значения положения пера руля отрабатываемому на судне -индикатор меняет цвет с зеленого на красный. В случае автоматического управления поворотный регулятор переходит в режим индикации и показывает значение отрабатываемого на судне значения пера руля. В случае несовпадения заданного авторулевым программного значения положения пера руля («Pr. Rudder)), 25), цвет индикатора меняется на красный.Panel 26 for manual control of the left or single DRC of the vessel. Includes a rotary knob with a travel range of -35 to 35 degrees to control the rudder blade position. Rotary toggle switch "discrete knob)) with the values: FAS, HAS, SAS, STOP, SAH, HAH, FAH, corresponding to the ship's engine operating modes, respectively: full reverse, medium reverse, low reverse, stop, full forward, medium forward travel, small forward travel. In case of discrepancy between the set value of the rudder pen position and the one practiced on the vessel, the indicator changes color from green to red. In the case of automatic control, the rotary regulator switches to the indication mode and shows the value of the rudder blade value being worked out on the vessel. In case of discrepancy between the programmed value of the rudder position set by the autopilot (“Pr. Rudder)), 25), the indicator color changes to red.

Панель 27 ручного управления правым движительно-рулевым комплексом (ДРК) судна. Устроено аналогично панели 26, за исключением наличия флажка, установка которого активирует панель и означает наличие у судна двух ДРК.Panel 27 for manual control of the right propulsion and steering complex (DRC) of the vessel. It is arranged similarly to panel 26, except for the presence of a checkbox, the setting of which activates the panel and means that the vessel has two DRCs.

Панель 28 индикации основных параметров автоматического управления судном:Panel 28 for displaying the main parameters of automatic ship control:

- Dist to NW - дистанция до следующей путевой точки траектории в метрах;- Dist to NW - distance to the next waypoint of the trajectory in meters;

- Crs to NW - курс на следующую путевую точку траектории в градусах;- Crs to NW - heading to the next waypoint of the trajectory in degrees;

- Next COG - курс на следующем плече траектории в градусах;- Next COG - course on the next leg of the trajectory in degrees;

- Next WP - номер следующей путевой точки;- Next WP - number of the next waypoint;

- ХТЕ - отклонение положения судна от текущего плеча траектории в метрах;- XTE - deviation of the vessel's position from the current trajectory shoulder in meters;

- DTG - дистанция по заданной траектории от положения судна до последней точки заданной траектории в метрах;- DTG - distance along a given trajectory from the position of the vessel to the last point of a given trajectory in meters;

- Pr. Rudder - программное значение положения пера руля судна, выработанное авторулевым.- Pr. Rudder is the programmed value of the ship's rudder position as generated by the autopilot.

- Кнопка «SKIP WP» позволяет в ручном режиме переключить следующую путевую точку на одну вперед.- The "SKIP WP" button allows you to manually switch the next waypoint one way ahead.

Панель 29 загрузки и ввода координат заданной траектории движения судна. Выпадающий список позволяет выбрать одну из предустановленных траекторий или выбрать пункт «Custom», который активирует соответствующее поле для ввода координат с клавиатуры.Panel 29 for loading and entering the coordinates of the specified trajectory of the vessel. The drop-down list allows you to select one of the preset trajectories or select the "Custom" item, which activates the corresponding field for entering coordinates from the keyboard.

Панель 30 отображения системной информации:System information display panel 30:

- «Buffer Overflow: Flush» - очистка буфера стэка вследствие переполнения;- "Buffer Overflow: Flush" - flushing the stack buffer due to overflow;

- «REOPEN TCPIP: Server TimeOut» - переоткрытие соединения вследствие отсутствия ответа от сервера;- "REOPEN TCPIP: Server TimeOut" - connection reopening due to lack of response from the server;

- «REOPEN TCPIP: Closed by Server» - переоткрытие соединения сервером;- "REOPEN TCPIP: Closed by Server" —reopen the connection by the server;

- «SELECT TRACK» - ошибка возникает при включении авторулевого без выбранной траектории движения;- "SELECT TRACK" - an error occurs when the autopilot is turned on without a selected trajectory;

- «INPUT TPACK» - ошибка возникает при включении авторулевого без заданной вручную траектории движения при выбранном пункте «Custom» в выпадающем списке загружаемых траекторий.- "INPUT TPACK" - the error occurs when the autopilot is turned on without a manually set trajectory with the "Custom" item selected in the drop-down list of loaded trajectories.

Панель 31 выбора посредством установки соответствующих флажков кинематических параметров судна, отображаемых на поле 32 графического отображения. Значениям каждого параметра можно присвоить индивидуальный масштаб отображения. В дополнение к 14 и 28 панель содержит следующие параметры:Selection panel 31 by setting the corresponding checkboxes of the kinematic parameters of the vessel displayed on the graphical display field 32. The values of each parameter can be assigned an individual display scale. In addition to 14 and 28, the panel contains the following parameters:

- Roll - значения угла крена в градусах;- Roll - roll angle values in degrees;

- Pitch - значения угла дифферента в градусах;- Pitch — values of the trim angle in degrees;

- Yaw - значения угла рысканья в градусах.- Yaw - yaw angle values in degrees.

Графическое поле 32 отображения кинематических и навигационных параметров судна, выбранных в 31 в заданном масштабе во времени. Выпадающий список «Duration» позволяет задать промежуток времени, данные за который будут отображены в поле. Может принимать следующие значения: 10, 50, 100, 500, 1000 секунд.Graphic field 32 displaying kinematic and navigational parameters of the vessel, selected in 31 at a given scale in time. The drop-down list "Duration" allows you to set the period of time, the data for which will be displayed in the field. It can take the following values: 10, 50, 100, 500, 1000 seconds.

Панель 33 индикации данных, получаемых с приемопередатчика GPS и его состояния. В дополнение к 14 отображаются следующие данные:Panel 33 for indicating data received from the GPS transceiver and its status. In addition to 14, the following data is displayed:

- HDOP - Horizontal Dilution of Precision, снижение точности получаемых координат местоположения судна в горизонтальной плоскости. В зависимости от значения индикатор «Signal Quality» меняет свой цвет на красный, желтый, синий, что соответствует неудовлетворительному качеству точности, удовлетворительному и отличному;- HDOP - Horizontal Dilution of Precision, decrease in the accuracy of the obtained coordinates of the vessel's position in the horizontal plane. Depending on the value, the "Signal Quality" indicator changes its color to red, yellow, blue, which corresponds to the unsatisfactory quality of accuracy, satisfactory and excellent;

- Sat. Num - количество спутников на основании данных с которых производится расчет координат местоположения;- Sat. Num - the number of satellites based on the data from which the location coordinates are calculated;

- LAT - принимаемая широта судна в градусах и градусах - минутах - секундах;- LAT - received latitude of the vessel in degrees and degrees - minutes - seconds;

- LON - принимаемая долгота судна в градусах и градусах - минутах - секундах;- LON - received longitude of the vessel in degrees and degrees - minutes - seconds;

Панель 34 ввода корректуры в получаемые данные координат местоположения судна в градусах.Panel 34 for entering an update into the received data of the coordinates of the position of the vessel in degrees.

Панель 35 индикации данных получаемых с модуля, содержащего гироскопический, инерционный датчики и датчик магнитного поля Земли. В дополнение к 14 и 31 отображаются данные:Panel 35 for displaying data obtained from a module containing gyroscopic, inertial sensors and a sensor of the Earth's magnetic field. In addition to 14 and 31, the following data is displayed:

- ах, ay, az - продольные ускорения по соответствующим осям. При этом ось «х» сонаправлена с продольной осью судна от кормы в бак, ось «у» направлена влево от диаметральной плоскости судна ось «z» направлена вверх;- ah, ay, az - longitudinal acceleration along the corresponding axes. In this case, the "x" axis is co-directed with the longitudinal axis of the vessel from the stern to the tank, the "y" axis is directed to the left of the diametrical plane of the vessel, the "z" axis is directed upward;

- magX, magY, magZ - составляющие магнитного поля Земли по соответствующим осям. Оси направлены как в 36;- magX, magY, magZ - components of the Earth's magnetic field along the corresponding axes. The axes are directed as in 36;

- quatR, quatI, quatJ, quatK - составляющие кватерниона, описывающего ориентацию судна в пространстве.- quatR, quatI, quatJ, quatK - components of the quaternion describing the ship's orientation in space.

Панель 36 инициализирующей синхронизации значения угла рысканья судна со значениями магнитного либо истинного (получаемого с GPS) курсов судна для получения гирокомпасного курса.Panel 36 initializing synchronization of the yaw angle of the vessel with the values of the magnetic or true (obtained from GPS) headings of the vessel to obtain a gyrocompass heading.

Панель 37 ввода корректуры в значения горизонтальных составляющих магнитного поля Земли для компенсации локального магнитного склонения, в миллитесла.Panel 37 for entering a correction into the values of the horizontal components of the Earth's magnetic field to compensate for the local magnetic declination, in millitesla.

Графическое поле 38 отображения девиационной картины датчика магнитного поля Земли в миллитесла. Предназначено для определения и устранения влияния магнитного склонения.Graphical field 38 displays the deviation pattern of the Earth's magnetic field sensor in millitesla. Designed to detect and eliminate the influence of magnetic declination.

Панель 39 ввода параметров составляющей авторулевого по курсу:Panel 39 for input of parameters of the autopilot component at the heading:

- P, I, D - коэффициенты пропорционального, интегрального и дифференциального членов соответственно;- P, I, D - coefficients of proportional, integral and differential terms, respectively;

- Fd - параметр фильтра скользящего среднего.- Fd - parameter of the moving average filter.

Панель 40 ввода параметров составляющей авторулевого по траектории: аналогично 39.Panel 40 for input of parameters of the component of the autopilot along the trajectory: similar to 39.

Панель 41 вода параметров судна и модуля связи:Panel 41 input of parameters of the ship and communication module:

- Turn Radius - радиус установившейся циркуляции судна;- Turn Radius - radius of the vessel's steady circulation;

- Tr end Dist - дистанция до финальной точки траектории на которой нужно останавливать двигатель судна при автоматическом управлении;- Tr end Dist - distance to the final point of the trajectory at which it is necessary to stop the ship's engine during automatic control;

- Buffer size - размер буфера связи в байтах;- Buffer size — size of the communication buffer in bytes;

- Time Out - время отсутствия ответа от сервера после которого происходит переоткрытие соединения;- Time Out — time when there was no response from the server, after which the connection was reopened;

- Send Rate - частота отправки данных на судно в секунду.- Send Rate — frequency of sending data to the ship per second.

Панель 42 индикации данных связи:Communication data display panel 42:

- Bytes available - Количество принятых данных в буфере в байтах;- Bytes available - The number of received data in the buffer in bytes;

- LengthRX - длина принятой строки данных в количестве символов;- LengthRX — length of the received data line in number of characters;

- ТХ - строка передаваемых на судно данных;- TX - line of data transmitted to the ship;

- Clock - продолжительность бесперебойного соединения в минутах - секундах;- Clock - the duration of the uninterrupted connection in minutes - seconds;

- Time Out - время отсутствия ответа от сервера в секундах;- Time Out — time when there was no response from the server in seconds;

- String RX - принимаемая с судна строка данных,- String RX - data string received from the vessel,

и формирование управляющих воздействий авторулевым производится на береговом модуле, а устройства связи берегового и подвижного модулей используют частоты Wi-Fi для обмена данными по протоколу TCP-IP.and the formation of control actions by the autopilot is carried out on the coastal module, and the communication devices of the coastal and mobile modules use Wi-Fi frequencies for data exchange using the TCP-IP protocol.

ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ОММКEXAMPLE OF PRACTICAL IMPLEMENTATION OF OMMK

В схему ОММК входят следующие основные технические элементы:The OMMK scheme includes the following main technical elements:

- Микроконтроллер Arduino ATmega 2560 предназначен для управления работой датчиков и модуля связи, сбора данных от датчиков, обработки данных от датчиков и передачи их на модуль связи, приема данных по управляющим воздействиям через модуль связи, передачи данных по управляющим воздействиям на реле управления электромотором;- The Arduino ATmega 2560 microcontroller is designed to control the operation of sensors and the communication module, collect data from sensors, process data from sensors and transmit them to the communication module, receive data on control actions through the communication module, transfer data on control actions to the electric motor control relay;

- Приемопередатчик на частотах Wi-Fi ESP8266 предназначен для дистанционного обмена данными между оператором и судном и работает в режиме сервера сети, в свою очередь модуль оператора судна работает в качестве клиента. Обеспечивает доступ клиентов посредством аутентификации в сети;- The ESP8266 Wi-Fi transceiver is designed for remote data exchange between the operator and the vessel and operates in the network server mode, in turn, the vessel operator module works as a client. Provides client access through network authentication;

- Motor Shield L298P предназначен для управления моторами главного движителя и сервоприводами пера руля судна. Предохраняет электронику микропроцессора от протекания больших токов по его узлам питания. Способен управлять одновременно четырьмя электромоторами и двумя сервоприводами, что дает возможность при помощи одного устройства создать судно в двумя движительно рулевыми комплексами и двумя подруливающими устройствами;- Motor Shield L298P is designed to control the motors of the main propeller and the servos of the rudder of the ship. Protects the electronics of the microprocessor from the flow of high currents through its power supply units. Able to control simultaneously four electric motors and two servos, which makes it possible with the help of one device to create a ship in two propulsion and steering complexes and two thrusters;

- Электромотор JGA25-370 с редуктором на 1000 оборотов в минуту, предназначен для подачи крутящего момента на вал винта судна. При диаметре четырех лопастного винта в 4.5 сантиметра позволяет развить судну скорость в 1 м/с;- The JGA25-370 electric motor with a 1000 rpm gearbox is designed to supply torque to the ship's propeller shaft. With a diameter of four blades of 4.5 centimeters, it allows the vessel to develop a speed of 1 m / s;

- Сервопривод MG996R предназначен для подачи крутящего момента на баллер пера руля и обеспечивает ход пера руля до 35 градусов на каждый борт судна;- Servo MG996R is designed to supply torque to the rudder stock and provides rudder travel up to 35 degrees on each side of the vessel;

- Батареи литий-полимерного типа для обеспечения электропитания системы. Батарея 7,4 В предназначена для питания микроконтроллера, датчиков и сервопривода руля, батарея на 11,1 В предназначена для питания электромотора посредством Motor Shield. Судно дополнительно обеспечено устройством измерения остаточного заряда батарей;- Lithium polymer batteries to provide power to the system. A 7.4 V battery is designed to power the microcontroller, sensors and steering servo, an 11.1 V battery is used to power the electric motor via the Motor Shield. The vessel is additionally provided with a device for measuring the residual charge of the batteries;

- Датчик оборотов вала винта RPM meter F249 предназначен для измерения количества оборотов вала винта в минуту;- The propeller shaft revolution sensor RPM meter F249 is designed to measure the number of propeller shaft revolutions per minute;

- Гироскопический, инерционный, магнитный датчик BNO080, предназначен для измерения продольных и угловых ускорений по трем координатным осям и составляющих магнитного поля Земли по координатным осям, вырабатывает значения угловых скоростей судна по осям координат, значения вещественных коэффициентов кватерниона ориентации судна;- Gyroscopic, inertial, magnetic sensor BNO080, designed to measure longitudinal and angular accelerations along three coordinate axes and components of the Earth's magnetic field along coordinate axes, generates the values of the angular velocities of the vessel along the coordinate axes, the values of the real coefficients of the ship orientation quaternion;

- Датчик GPS GY-NE06MV2, предназначен для приема текущих географических координат местоположения судна, показателя HDOP, количества видимых навигационных спутников, курса и скорости судна относительно грунта.- GPS sensor GY-NE06MV2, designed to receive the current geographic coordinates of the vessel's location, HDOP indicator, the number of visible navigation satellites, the course and speed of the vessel relative to the ground.

Технические характеристики компонентов подвижного модуля приведены в таблице:The technical characteristics of the components of the mobile module are shown in the table:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (2)

1. Опытовый морской модульный комплекс, включающий надводный подвижный модуль и береговой модуль, в котором подвижный модуль выполнен в виде малогабаритного опытового судна, с размещенными на борту двигателем, батареями для двигателя и электронного оборудования, сервоприводом пера руля, системой сбора кинематической и навигационной информации по судну и устройством связи, а береговой модуль содержит систему индикации и дистанционного управления на базе компьютера, отличающийся тем, что система индикации и дистанционного управления, содержащаяся в составе берегового модуля, включает блоки сбора, хранения, фильтрации и анализа данных, береговое устройство связи, графический интерфейс, блок построения и идентификации математической модели движения судна, блок задания траектории движения и блок ручного управления с программным обеспечением, разработанным на платформе MATLAB, блок фильтрации данных, блок корректуры компаса и GPS, при этом в состав системы индикации и дистанционного управления входит авторулевой и формирование управляющих воздействий авторулевым производится на береговом модуле, а размещенная на борту малогабаритного опытового судна система сбора кинематической и навигационной информации содержит микроконтроллер Arduino с программным обеспечением, разработанным на платформе Arduino (С++), морское устройство связи, комплекс датчиков: гироскопический датчик и акселерометр, датчик магнитного поля Земли, датчик GPS, датчик оборотов вала движителя, при этом надводный подвижный модуль и береговой модуль взаимодействуют посредством соответствующих устройств связи, а устройства связи берегового и подвижного модулей выполнены с возможностью использования частот Wi-Fi для обмена данными по протоколу TCP-IP.1. Experimental marine modular complex, including a surface mobile module and a coastal module, in which the mobile module is made in the form of a small-sized experimental vessel, with an onboard engine, batteries for the engine and electronic equipment, a rudder servo drive, a system for collecting kinematic and navigation information on a ship and a communication device, and the coastal module contains a computer-based indication and remote control system, characterized in that the indication and remote control system contained in the coastal module includes data collection, storage, filtration and analysis units, a coastal communication device, graphic interface, block for constructing and identifying a mathematical model of the ship's motion, a block for setting the trajectory of movement and a manual control block with software developed on the MATLAB platform, a data filtering block, a compass and GPS correction unit, while in the display system and remote control Ia includes the autopilot and the formation of control actions by the autopilot is performed on the coastal module, and the kinematic and navigation information collection system located on board the small-sized experimental vessel contains an Arduino microcontroller with software developed on the Arduino platform (C ++), a marine communication device, a set of sensors: a gyroscopic sensor and an accelerometer, an Earth magnetic field sensor, a GPS sensor, a propeller shaft speed sensor, while the surface mobile module and the coastal module interact through appropriate communication devices, and the communication devices of the coastal and mobile modules are configured to use Wi-Fi frequencies for data exchange over the TCP-IP protocol. 2. Опытовый морской модульный комплекс по п. 1, отличающийся тем, что малогабаритное опытовое судно имеет длину 1,2 м, ширину 0,2 м, высоту борта 0,1 м, осадку 0,04 м.2. Experimental marine modular complex according to claim 1, characterized in that the small-sized experimental vessel has a length of 1.2 m, a width of 0.2 m, a side height of 0.1 m, and a draft of 0.04 m.
RU2021113140A 2021-05-04 2021-05-04 Experimental marine modular complex RU2760823C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113140A RU2760823C1 (en) 2021-05-04 2021-05-04 Experimental marine modular complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113140A RU2760823C1 (en) 2021-05-04 2021-05-04 Experimental marine modular complex

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760823C1 true RU2760823C1 (en) 2021-11-30

Family

ID=79174084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113140A RU2760823C1 (en) 2021-05-04 2021-05-04 Experimental marine modular complex

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760823C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2828932C1 (en) * 2024-02-09 2024-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" Navigation test complex

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059411A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-15 Marine Cybernetics As System and method for testing a control system of a marine vessel
RU2519315C2 (en) * 2012-08-01 2014-06-10 Нелли Алексеевна Седова Method for automatic control of heading of ship and intelligent system for realising said method
CN110516877A (en) * 2019-08-28 2019-11-29 青岛蓝海未来海洋科技有限责任公司 A kind of unmanned boat paths planning method and system based on the forward and reverse driving linear variation parameter's genetic algorithm of data
RU198953U1 (en) * 2020-05-10 2020-08-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» DEVICE FOR DETERMINING VESSEL MOVEMENT PARAMETERS
RU2735694C1 (en) * 2020-05-10 2020-11-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Unmanned vessels full-scale tests
RU2741669C1 (en) * 2020-08-18 2021-01-28 Акционерное общество "Кронштадт Технологии" System for coordinated control of ship movement in modes of automatic and remote control

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059411A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-15 Marine Cybernetics As System and method for testing a control system of a marine vessel
RU2519315C2 (en) * 2012-08-01 2014-06-10 Нелли Алексеевна Седова Method for automatic control of heading of ship and intelligent system for realising said method
CN110516877A (en) * 2019-08-28 2019-11-29 青岛蓝海未来海洋科技有限责任公司 A kind of unmanned boat paths planning method and system based on the forward and reverse driving linear variation parameter's genetic algorithm of data
RU198953U1 (en) * 2020-05-10 2020-08-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» DEVICE FOR DETERMINING VESSEL MOVEMENT PARAMETERS
RU2735694C1 (en) * 2020-05-10 2020-11-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» Unmanned vessels full-scale tests
RU2741669C1 (en) * 2020-08-18 2021-01-28 Акционерное общество "Кронштадт Технологии" System for coordinated control of ship movement in modes of automatic and remote control

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2828932C1 (en) * 2024-02-09 2024-10-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" Navigation test complex
RU233494U1 (en) * 2024-11-02 2025-04-22 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации STRUCTURE OF A COASTAL AUTOMATED VTS INCLUDING THE PAK SUDS MANS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10431099B2 (en) Collision avoidance systems and methods
EP4053011B1 (en) Anchoring systems and methods for marine vessels
US10527429B2 (en) Sailing user interface systems and methods
Skulstad et al. Dead reckoning of dynamically positioned ships: Using an efficient recurrent neural network
EP4045394B1 (en) Computer-implemented method for optimizing marine vessel thrust allocation for plurality of thruster units
Dukan et al. Dynamic positioning system for a small size ROV with experimental results
RU2483280C1 (en) Navigation system
US20140088800A1 (en) Centripetal acceleration determination, centripetal acceleration based velocity tracking system and methods
RU2434202C1 (en) Aircraft complex preparation and navigation system
CN106094606A (en) A kind of unmanned surface vehicle navigation and control remote-controlled operation platform
Ferreira et al. Roaz autonomous surface vehicle design and implementation
RU195749U1 (en) Intelligent vision system for an unmanned aerial vehicle for solving navigation problems, building a three-dimensional map of the surrounding space and obstacles, and autonomous patrolling
RU2483327C2 (en) Integrated system for navigation and controlling movement for self-contained unmanned underwater vehicles
KR20180136288A (en) Integrated vessel information system
Burylin Interface for indication and remote control of an unmanned vessel in automatic and manual modes
Arfianto et al. Autopilot unmanned smart boat vehicle (ausv) communication with lora rfm95
RU2760823C1 (en) Experimental marine modular complex
Praczyk et al. Report on research with biomimetic autonomous underwater vehicle—navigation and autonomous operation
RU2828932C1 (en) Navigation test complex
Høglund Autonomous inspection of wind turbines and buildings using an UAV
Schubert et al. Concepts and system requirements for automatic ship operations
EP4191559B1 (en) Replay system and method of ship collision accidents using free running model test
US20230259085A1 (en) Trim management system
Cristea et al. About the Automation of an Autonomous Sail-propelled Search Drone
Storbacka Development of autonomous navigation systems for maritime applications